dimensionamento de uma estacao de tratamento de - TCC On-line

UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ
Rogério Wolff Karasek
DIMENSIONAMENTO DE UMA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO
DE ESGOTO. ESTUDO DE CASO PARA O MUNICÍPIO DE
ITAPERUÇU/PR
CURITIBA
2011
DIMENSIONAMENTO DE UMA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO
DE ESGOTO. ESTUDO DE CASO PARA O MUNICÍPIO DE
ITAPERUÇU/PR
CURITIBA
2011
1
Rogério Wolff Karasek
DIMENSIONAMENTO DE UMA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO
DE ESGOTO. ESTUDO DE CASO PARA O MUNICÍPIO DE
ITAPERUÇU/PR
Trabalho de Conclusão de Curso apresentada
ao
curso
de
Engenharia
Ambiental
da
Faculdade de Ciências Exatas e de Tecnologia
da
Universidade Tuiuti
do
Paraná, como
requisito parcial para a obtenção do título de
Engenheiro Ambiental.
Orientador: Prof. Helder Godoy
CURITIBA
2011
2
TERMO DE APROVAÇÃO
Rogério Wolff Karasek
DIMENSIONAMENTO DE UMA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO
DE ESGOTO. ESTUDO DE CASO PARA O MUNICÍPIO DE
ITAPERUÇU/PR
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado e aprovado para obtenção do título de Engenheiro
Ambiental do curso de Engenharia Ambiental da Universidade Tuiuti do Paraná.
Curitiba, 01 de julho de 2.011.
______________________________________________________
Engenharia Ambiental
Universidade Tuiuti do Paraná
_____________________________________________________
Orientador: Prof. Msc. Helder de Godoy
UTP – Departamento Acadêmico de Engenharia Ambiental
______________________________________________________
Profa. Msc Fernanda Paes de Barros
UTP – Departamento Acadêmico de Engenharia Ambiental
______________________________________________________
Profa. Msc Marisa Isabel Weber
UTP – Departamento Acadêmico de Engenharia Ambiental
3
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho a minha esposa, Sarah Ortiz, que com seu apoio e amor
foi sempre a minha maior incentivadora na busca de minha realização, mesmo tendo,
para isso, que deixar de lado seus próprios sonhos e aspirações.
4
AGRADECIMENTOS
A minha orientadora, Profa. Msc Carolina Fagundes Caron (in memorian), por sua
paciência, sua dedicação e sua amizade. Sua partida tão prematura faz com que sua
falta tenha sido sentida durante toda a realização deste trabalho, e ainda depois.
A meu orientador, Prof. Msc Helder de Godoy, pelo grande auxílio e pela
tranquilidade que me passou para que eu seguisse adiante.
Ao Prof. Helio Botto, por seu auxílio para a execução da parte técnica deste trabalho.
A meus pais, pelo apoio e pelo estudo, que sempre fizeram essencial em minha vida, e
tão importante foi para a conclusão deste curso.
5
RESUMO
O trabalho visa ao dimensionamento de uma Estação de Tratamento de Esgotos
complementar à que se encontra em construção na cidade de Itaperuçu/PR, a qual não
terá capacidade de atendimento à totalidade da população do município. Para tanto, foi
realizado o levantamento dos dados populacionais do município, assim como das
etapas e processos para o tratamento de esgotos domésticos e seus respectivos aspectos
construtivos.
PALAVRAS-CHAVE: Dimensionamento – Estação de Tratamento – Esgotos
Domésticos
6
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO
11
1.1 JUSTIFICATIVA
12
1.2 FORMULAÇÃO DO PROBLEMA
14
1.3 OBJETIVOS
14
1.3.1 Objetivo geral
14
1.3.2 Objetivos específicos
14
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
16
2.1 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA
16
2.2 LEGISLAÇÕES APLICÁVEIS
18
2.3 SANEAMENTO E SAÚDE
21
2.3.1 A situação do saneamento no Brasil, no Paraná e em Itaperuçu
22
2.3.2 Saúde no Brasil
24
2.4 ORIGEM DO ESGOTO
24
2.4.1 Esgoto doméstico
25
2.4.1.1 Características das excretas
25
2.4.1.2 Características da qualidade do esgoto
26
2.4.2 Vazão de Infiltração
28
2.4.3 Esgoto industrial
29
2.5 TRATAMENTO DE ESGOTOS
29
2.5.1 Níveis de tratamento
30
2.5.2 Métodos de tratamento
33
2.5.3 Sistemas de tratamento – Nível secundário
34
2.5.3.1 Lagoas de estabilização
34
2.5.3.2 Lodos ativados
36
2.5.3.3 Sistemas anaeróbios
37
2.5.3.4 Disposição no solo
38
2.6 FILTROS BIOLÓGICOS
39
2.6.1 Componentes de um filtro biológico
41
7
2.6.2 Tipos de filtro biológico
47
2.7 O MUNICÍPIO DE ITAPERUÇU
52
3 MATERIAIS E MÉTODOS
56
4 RESULTADOS
61
4.1 CÁLCULO DA VAZÃO AFLUENTE MÉDIA DE ESGOTO
61
4.2 CÁLCULO DAS VAZÕES MÁXIMA E MÍNIMA
63
4.3 DIMENSIONAMENTO DAS GRADES
64
4.4 DIMENSIONAMENTO DO MEDIDOR DE VAZÃO
66
4.5 DIMENSIONAMENTO DO DESARENADOR
68
4.6 DIMENSIONAMENTO DOS DECANTADORES
70
4.7 CÁLCULO DA EFICIÊNCIA DO SISTEMA
71
4.8 CÁLCULO DA CARGA ORGÂNICA VOLUMÉTRICA
72
4.9 DIMENSIONAMENTO DO FILTRO BIOLÓGICO
73
4.10 PRODUÇÃO DE LODO
74
5 CONCLUSÃO
75
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
76
8
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 – NÍVEIS DE TRATAMENTO DOS ESGOTOS
32
TABELA 2 – OPERAÇÕES, PROCESSOS E SISTEMAS DE TRATAMENTO
FREQUENTEMENTE UTILIZADOS PARA REMOÇÃO DE POLUENTES
34
TABELA 3 – CARACTERÍSTICAS DOS FILTROS BIOLÓGICOS CONFORME O
TIPO
51
TABELA 4 - PROPRIEDADES DOS MEIO SUPORTE EMPREGADOS EM
FILTROS BIOLÓGICOS
52
TABELA 5 – ESTABELECIMENTOS E GERAÇÃO DE EMPREGOS EM
ITAPERUÇU, CONFORME O TIPO DE INDÚSTRIA
54
TABELA 6 – CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DOS PRINCIPAIS SISTEMAS DE
TRATAMENTO DE ESGOTO
61
TABELA 7 – VAZÕES MÍNIMA, MÉDIA E MÁXIMA
64
TABELA 8 – RELAÇÃO ENTRE A VAZÃO E A LARGURA NOMINAL DA
CALHA PARSHALL
67
TABELA 9 – VAZÃO E ALTURA DO EFLUENTE NA CALHA PARSHALL 67
9
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 – ESQUEMA DE UM FILTRO BIOLÓGICO
40
FIGURA 2 – PARTES COMPONENTES DE UM FILTRO BIOLÓGICO
42
FIGURA 3 – DISTRIBUIDOR ROTATIVO – ETE PEIXINHOS – RECIFE/PE 43
FIGURA 4 – BRAÇO DISTRIBUIDOR DO AFLUENTE
44
FIGURA 5 – MEIO SUPORTE PLÁSTICO
45
FIGURA 6 – MEIO SUPORTE POLIPROPILENO
45
FIGURA 7 – MODELOS DE BLOCOS DE DRENAGEM
46
FIGURA 8 – EXEMPLO DE FILTRO BIOLÓGICO – DETALHE DA ENTRADA
DE AR
47
FIGURA 9 – DESENHO ESQUEMÁTICO DE UM FILTRO BIOLÓGICO DE
BAIXA CARGA
48
FIGURA 10 - DESENHO ESQUEMÁTICO DE UM FILTRO BIOLÓGICO DE
ALTA CARGA
49
FIGURA 11 – LOCALIZAÇÃO DO MUNICÍPIO DE ITAPERUÇU
53
FIGURA 12 – BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO RIBEIRA
57
10
1.
INTRODUÇÃO
De acordo com os dados fornecidos pelo SNIS - Sistema Nacional de
Informação de Saneamento - apenas 43,2% da população brasileira possui acesso à
coleta de esgoto e, do total coletado, segundo o Conselho Regional de Engenharia,
Arquitetura e Agronomia do Paraná, somente 34,6% são tratados.
Embora o Estado do Paraná apresente índices superiores à média nacional, a
coleta de esgoto no estado atende apenas 48,6% da população. Deste valor, apenas
54,7% é tratado, ou seja, pouco mais da metade. (MINISTÉRIO DAS CIDADES,
2011)
Estes índices demonstram o não cumprimento dos principais fundamentos da
lei No 11445/07, a qual rege em seu Art. 2º que os serviços públicos de saneamento
básico deverão ser prestados com base na integralidade das atividades e componentes
de cada um dos serviços de saneamento básico, entre os quais o esgotamento sanitário.
A importância da coleta e do tratamento de esgoto pode ser exemplificada com
informações da Secretaria de Saúde de Estado do Paraná (SESA, 2011) e do estudo
realizado pelo Instituto Trata Brasil com colaboração da Fundação Getulio Vargas:
“Benefícios Econômicos da Expansão do Saneamento Brasileiro” segundo os quais
haveria uma redução de gastos na ordem de R$ 309 milhões caso o acesso ao
saneamento básico fosse universal, e 60 das 91 mortes ocorridas no Paraná por
doenças gastrointestinais infecciosas em 2009 poderiam ter sido evitadas.
11
Na cidade de Itaperuçu, está em fase de construção a ETE Buquerinho, e está
prevista para o mês de junho/2001 a licitação para a construção da rede coletora. Após
a construção da rede, serão coletados e tratados 35% do esgoto produzido no
município. (SANEPAR, 2011) Este índice é bastante baixo, principalmente quando
analisado em relação a uma estrutura que ainda vem sendo construída.
Assim, pode-se observar a importância da realização deste trabalho, o qual
deverá verificar a possibilidade da utilização de um filtro biológico para o tratamento
complementar de esgotos do município, realizando também seu dimensionamento,
levando em consideração a capacidade de atendimento da estação de tratamento
atualmente em construção na cidade, visando ao tratamento da integralidade do esgoto
gerado na cidade.
1.1 JUSTIFICATIVA
As consequências negativas da ausência de saneamento básico para a saúde da
população, entre as quais podem ser citados os maiores gastos com atendimento
hospitalar e a menor produtividade, devido a ausências, dos trabalhadores que não têm
acesso ao saneamento; o atendimento ao estabelecido pela legislação quanto à
universalização do acesso aos serviços de saneamento e aos critérios para o
lançamento de efluentes; e a disseminação de informações de um sistema de
tratamento de efluentes que, apesar de se apresentar como uma alternativa de grande
potencial de aplicação no Brasil, com diversas vantagens em relação a outros sistemas,
ainda é pouco utilizado, justificam a realização deste trabalho.
12
Sabe-se que 80% das doenças e 65% das internações hospitalares estão
relacionadas à falta de saneamento básico. Os gastos despendidos para o tratamento
dessas doenças, que podem ser evitadas caso haja o fornecimento de serviços de
saneamento básico à população afetada, são possivelmente superiores ao
dimensionamento e implantação de uma estação de tratamento doméstico, a qual
poderia atender a população por completo ou complementar a que hoje vem sendo
desenvolvida. (AMBIENTE BRASIL, 2011)
Atualmente, parte do esgoto gerado pela população da cidade de Itaperuçu é
lançada diretamente nas águas do Rio Ribeira ou nas galerias de águas pluviais
(DATASUS, 2011). Este é um problema ambiental que compromete a qualidade das
águas de forma física, química e biológica. Não é realizada, ainda, a coleta e o
tratamento do esgoto gerado, e após a construção da rede coletora e da ETE
Buquerinho, pela Sanepar, a quantidade de esgoto não tratado ainda corresponderá
65% do atualmente produzido.
Embora o sistema de filtros biológicos para o tratamento de efluentes seja
bastante antigo, sendo usado na Inglaterra desde o século XIV, no Brasil sua utilização
não é muito difundida. O processo empregado nesse sistema é bastante simples, e o
mesmo tem uma eficiência capaz de produzir efluentes em conformidade com o
exigido pela legislação vigente no Brasil, ou seja, trata-se de uma alternativa que deve
ser levada em consideração em um país com elevado déficit no atendimento aos
serviços de saneamento básico a sua população.
13
1.2 FORMULAÇÃO DO PROBLEMA
O município de Itaperuçu/PR não conta, atualmente, com um sistema de
tratamento de seus efluentes domésticos, e a estação em construção não terá
capacidade para o atendimento integral da população.
1.3
OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo geral
O trabalho tem por objetivo geral dimensionar uma Estação de Tratamento de
Esgoto, com a utilização de um filtro biológico, para o município de Itaperuçu, no
Paraná. Pretende-se contemplar a população não atendida pela ETE em construção,
estimando-se um alcance de projeto de 20 anos.
1.3.2 Objetivos específicos
Para atingir o objetivo geral desta pesquisa, os seguintes objetivos específicos
foram estabelecidos:
 Realizar o levantamento populacional, econômico e social da cidade de
Itaperuçu, PR;
 Realizar o levantamento bibliográfico referente aos atuais sistemas de
tratamento de efluentes domésticos mais empregados;
 Realizar o levantamento de dados referentes à classe do Rio Ribeira;
14
 Dimensionar o sistema de tratamento de efluentes domésticos complementar à
ETE Buquerinho, para a cidade de Itaperuçu, com utilização de um filtro
biológico.
 Definir os processos e as unidades mais adequadas ao tratamento de efluentes
domésticos, focando no estudo de caso de Itaperuçu, PR;
15
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 IMPORTÂNCIA DA ÁGUA
Indispensável à existência de vida na Terra, a água é um dos recursos mais
preciosos da humanidade, sendo um bem utilizado para grande parte das atividades
ligadas aos seres humanos. Entre os principais usos relacionados à água pode-se citar o
abastecimento doméstico, abastecimento industrial, irrigação, dessedentação de
animais, aquicultura, preservação da flora e da fauna, geração de energia elétrica, e
diluição de despejos, entre outros. (FUNASA, 1991)
É notório, ao longo da história, que as grandes cidades tenham se
desenvolvido às margens de rios. Exemplos disso não faltam, podendo-se citar
Londres (Rio Tâmisa), Paris (Rio Sena), Nova Iorque (Rio Hudson), São Paulo (bacia
do Rio Tietê) e Curitiba (bacias dos Rios Iguaçu e Barigui).
Segundo Telles e Costa (2007), a maior parcela do volume de água encontrada
no planeta Terra, representando 97,5%, é de água salgada, encontrada nos mares e
oceanos. Já, os 2,5% restantes são de água doce, sendo que desta água doce 68,9%
encontra-se nas calotas polares e geleiras; 29,9% são águas subterrâneas; 0,9% em
outros reservatórios; e apenas 0,3% encontram-se nos rios e lagos.
Assim, com base nestes dados, pode-se colocar a grande preocupação na
preservação quali-quantitativa deste bem. Segundo Chernicharo et al (2001), cerca de
16
1,7 bilhões de pessoas já sofrem com a escassez de água, sendo este um valor que
possui tendências ao crescimento.
Segundo Guedes (2009, citado por Depoli, 2011), a água não se trata de um
bem finito, pelo menos não em sua quantidade. Calcula-se que sejam 1,4 bilhões de
km³ que se mantêm praticamente inalterados há milhões de anos, e o que muda em
relação a estes recursos hídricos são, principalmente, a qualidade e a possibilidade de
que sejam potáveis ou tratáveis.
Embora o Brasil apresente, segundo Borsoi e Torres (1997), aproximadamente
15% da água doce do planeta, este é um país que, conforme Campos et al (1991) pode
vir a apresentar problemas com a falta de água em qualidade, ou seja, pode vir a
apresentar falta de água potável.
Deve-se atentar que 70% do volume de recursos hídricos do país está
localizado na região norte e o maior consumo ocorre nas regiões sul e sudeste, que,
juntas, possuem apenas 12% do total disponível. (BORSOI E TORRES, 1997) Este
fato, somado à falta de instrução da população e à falta de saneamento das cidades,
compromete a qualidade da água e acelera, assim, a degradação dos corpos hídricos.
A preservação dos recursos hídricos é, portanto, de grande importância a fim
de se evitar a contaminação da pequena quantidade de água cuja extração é mais
facilmente disponível.
17
2.2 LEGISLAÇÕES APLICÁVEIS
A definição dos parâmetros e critérios para o lançamento de efluentes, visando
à minimização dos impactos ambientais desta atividade, é estabelecida por leis e
resoluções. Os principais aspectos legais a serem atendidos, relacionados ao
lançamento de efluentes, são os expostos a seguir.
A Constituição Federal de 1988 estabelece, em seu Art. 23, que “é
competência comum da União, dos Estados, do Distrito federal e dos municípios
proteger o meio ambiente e combater a poluição em qualquer uma de suas formas, e
promover as condições habitacionais e de saneamento básico, entre outras”.
A Lei da Política Nacional do Meio Ambiente (Lei 6938 de 31 de agosto de
1981) tem por objetivo “a preservação, melhoria e recuperação da qualidade ambiental
propícia à vida, visando assegurar, no País, condições ao desenvolvimento sócioeconômico, aos interesses da segurança nacional e à proteção da dignidade da vida
humana”, atendidos, entre outros princípios, o da racionalização do uso do solo, do
subsolo, da água e do ar.
Em seu artigo 4º, é estabelecido que a Lei visa “à compatibilização do
desenvolvimento econômico-social com a preservação da qualidade do meio ambiente
e do equilíbrio ecológico; ao estabelecimento de critérios e padrões de qualidade
ambiental e de normas relativas ao uso e manejo de recursos ambientais, e à
preservação e restauração dos recursos ambientais com vistas à sua utilização racional
e disponibilidade permanente, concorrendo para a manutenção do equilíbrio ecológico
propício à vida”.
18
São estabelecidas, por esta lei, a constituição do Sistema Nacional do Meio
Ambiente – SISNAMA - e a criação do Conselho Nacional do Meio Ambiente CONAMA.
A Lei 9433/97, da Política Nacional dos Recursos Hídricos, em seu Art. 1º
fundamenta que a água é um bem de domínio público, e um recurso natural limitado e
dotado de valor econômico. Seu Art. 2º define que, entre os objetivos da Lei, está
“assegurar à atual e às futuras gerações a necessária disponibilidade de água, em
padrões de qualidade adequados aos respectivos usos”.
O Art. 12 da Lei 9433/97 estabelece que o lançamento em corpo de água de
esgotos e demais resíduos, líquidos ou gasosos, tratados ou não, com o fim de sua
diluição, transporte ou disposição final, está sujeito à outorga pelo Poder Público.
A Lei nº 11445/07, estabelece Diretrizes Nacionais para o Saneamento Básico,
visando ao “conjunto de serviços, infraestruturas e instalações operacionais, bem como
o abastecimento de água potável, esgotamento sanitário, limpeza urbano e manejo de
resíduos sólidos e drenagem e manejo das águas pluviais urbanas”.
Esta legislação estabelece que a prestação e a gestão dos serviços de
saneamento básico podem ser exercidas diretamente pelo município, por meio de
departamentos, autarquias e empresas municipais, ou então indiretamente através de
concessão, permissão, terceirização.
De maneira mais específica para o tema deste trabalho, o CONAMA, em sua
Resolução 357 de 17 de março de 2005, trata, em seu Capítulo IV, das condições e
padrões de lançamento de efluentes. É estabelecido, no Art. 24, que “os efluentes de
19
qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados, direta ou indiretamente, nos
corpos de agua, apos o devido tratamento e desde que obedeçam as condições, padrões
e exigências dispostos nesta resolução e em outras normas aplicáveis”.
No parágrafo 1º do Art. 32 da referida resolução, é estabelecido que, exceto
para rios de classe especial, nos quais é vedado o lançamento de quaisquer efluentes,
ainda que tratados, o lançamento nas demais classes deverá, além de atender às
condições e padrões de lançamento de efluentes e não ocasionar a ultrapassagem das
condições e padrões de qualidade de água, estabelecidos para as demais classes, nas
condições da vazão de referência.
De acordo com o § 4º do Art. 34 da resolução 357/05, “são condições para
lançamento de efluentes:
I.
II.
pH entre 5 e 9;
temperatura inferior a 40º C, sendo que a variação da temperatura do corpo
receptor não deverá exceder 3º C na zona de mistura;
III.
materiais sedimentáveis: ate 1 ml/l em teste de 1 hora em cone Imhoff. Para o
lançamento em lagos e lagoas, cuja velocidade de circulação seja praticamente
nula, os materiais sedimentáveis deverão estar virtualmente ausentes;
IV.
regime de lançamento com vazão máxima de ate 1,5 vezes a vazão media do
período de atividade diária do agente poluidor, exceto nos casos permitidos pela
autoridade competente;
V.
óleos e graxas: óleos minerais ate 20mg/L e óleos vegetais e gorduras animais:
ate 50mg/L; e
VI.
ausência de materiais flutuantes.”
20
Já o § 5º do Art. 34 trata dos parâmetros orgânicos e inorgânicos de
lançamento de efluentes.
No âmbito estadual, a Lei 12726 de 26 de novembro de 1999 trata, em seu Art.
13, da necessidade de outorga, pelo poder Público, independentemente da natureza,
pública ou privada, dos usuários, dos direitos de uso dos recursos hídricos, entre os
quais o lançamento, em corpo de água, de esgotos e demais resíduos líquidos ou
gasosos, tratados ou não, com finalidade de sua diluição, transporte ou disposição
final.
Ainda na esfera estadual, a resolução nº 021/09 da Secretaria Estadual do
Meio Ambiente, além de dispor sobre o licenciamento ambiental referente às Estações
de Tratamento de Esgoto, estabelece, em seu Art. 11º, as condições e padrões para o
lançamento de efluentes das ETEs. Os padrões aí estabelecidos são:

DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio) : até 90 mg/L;

DQO (Demanda Química de Oxigênio): até 225 mg/L;

Óleos e graxas;
 Óleos vegetais e gorduras animais: até 50mg/l;
 Óleos minerais: até 20mg/L.
2.3 SANEAMENTO E SAÚDE
Os dejetos humanos podem ser veículos de germes patogênicos de várias
doenças, entre as quais a febre tifoide e paratifoide, diarreias infecciosas, amebíase,
ancilostomíase, esquistossomose, teníase, ascaridíase e outras, o que torna
indispensável afastar as possibilidades de seu contato com o homem, as águas de
21
abastecimento, vetores e alimentos. Devido à falta de medidas práticas de saneamento
e de educação sanitária, grande parte da população tende a lançar os dejetos
diretamente sobre o solo ou em corpos d’água, criando situações favoráveis à
transmissão de doenças. (FUNASA, 1991)
A destinação adequada dos efluentes domésticos tem importância sanitária,
com objetivo de evitar a poluição do solo e dos mananciais de abastecimento de água,
evitar o contato de vetores com as fezes, propiciar a promoção de novos hábitos de
higiene à população, além de promover o conforto e atender ao senso estético, tendo,
também, importância econômica, pois a ocorrência de doenças, principalmente
infecciosas e parasitárias, ocasionadas pela falta de condições adequadas de destino
dos dejetos, pode levar o homem a inatividade ou reduzir sua potencialidade para o
trabalho.
Portanto, a destinação correta dos esgotos visa ao aumento da vida média do
homem, pela redução da mortalidade em consequência da redução dos casos de
doenças, à diminuição de despesas com o tratamento de doenças evitáveis, redução no
custo do tratamento das águas de abastecimento, ao controle da poluição nas praias e
dos locais de recreação com objetivo de promover o turismo, e à preservação da fauna
aquática, em especial os criadouros de peixes. (FUNASA, 1991)
2.3.1 A situação do saneamento no Brasil, no Paraná e em Itaperuçu
Em 1960, os países americanos firmaram uma Carta-Documento de
compromisso estabelecendo metas no campo do saneamento básico, entre elas o
22
atendimento a 70% da população urbana e 50% da população rural com serviços de
água e esgotos. (AZEVEDO NETTO, 1973)
Conforme dados divulgados pela ABES-PR (2011), cerca de onze bilhões de
litros de esgoto bruto são lançados diariamente nos rios, córregos, praias e lagos
urbanos no Brasil. A coleta de esgoto atende a pouco mais da metade da população
brasileira, e como resultado, aproximadamente 60 milhões de brasileiros não são
atendidos por essa coleta. Do total coletado, quase 75% são despejados in natura,
contribuindo para a poluição dos corpos de água.
Os serviços de saneamento, atualmente, não alcançam os índices estabelecidos
na Carta-Documento firmada na década de 60, e mais distante ainda está da
universalização do saneamento estabelecida pela lei 11.445/07.
No Paraná, embora os índices apresentados sejam melhores que a média
nacional, também há um elevado déficit no atendimento à população quanto aos
serviços de saneamento. Somente 48,6% da população do estado tem acesso a coleta
de esgoto, e do que é coletado, apenas 54,7% é tratado, ou seja, apenas 26,6% do
esgoto gerado no estado passa por tratamento antes de sua disposição final
(MINISTÉRIO DAS CIDADES, 2011)
O município de Itaperuçu não possui, ainda, uma rede de coleta de esgoto,
nem uma estação de tratamento de efluentes. De acordo com informações da
SANEPAR (2011), a ETE Buquerinho, em construção no local, e a rede coletora, cuja
licitação para a realização de obras será iniciada em junho/2011, atenderão a 35% da
população.
23
2.3.2 Saúde no Brasil
De acordo com indicadores do Ministério da Saúde (2011), no ano de 2009
ocorreram 928.615 internações causadas por doenças infecciosas e parasitárias. Deste
total, conforme estudo do Instituto TRATA BRASIL (2011) em parceria com a
Fundação Getulio Vargas, referindo-se a dados extraídos do DATASUS (2011), 462
mil internações foram devidas a infecções gastrointestinais. No mesmo ano, houve
aproximadamente 4.500 mortes decorrentes de diarreia e gastroenterite. No ano de
2007 foram 1.639 mortes, no Brasil, de menores de 5 anos por doença diarreica.
O custo médio por internação no Brasil, segundo o DATASUS (2011), com
base em dados do ano de 2009, é de R$ 771,25, valor que, aplicado ao total de
internações por infecções gastrointestinais, resulta em um gasto de mais R$ 356
milhões. Ainda conforme o estudo do Instituto Trata Brasil, foi gasto, no mesmo ano,
o valor de R$ 547 milhões, pelas empresas, com remunerações relativas a horas não
trabalhadas de funcionários que tiveram que se ausentar por doenças gastrointestinais.
A soma desses valores representa 34,5% de todo o investimento em esgotamento
sanitário no Brasil no ano de 2008. (TRATA BRASIL, 2011)
2.4
ORIGEM DO ESGOTO
Os esgotos coletados em uma cidade e encaminhados à estação de tratamento se
originam, basicamente, de esgotos domésticos, águas de infiltração e despejos
industriais. No Brasil, as águas pluviais são separadas com a adoção do sistema
24
separador de esgotamento sanitário, seguindo por linhas de drenagem independentes e
que não contribuem à ETE. (VON SPERLING, 1996)
2.4.1 Esgoto doméstico
É aquele que provem principalmente de residências, estabelecimentos
comerciais, instituições ou quaisquer edificações que dispõem de instalações de
banheiros, lavanderias e cozinhas. É composto essencialmente de água de banho,
excretas, papel higiênico, restos de comida, sabão, detergentes e águas de lavagem
(FUNASA, 1991)
A vazão doméstica é função do consumo de água. (VON SPERLING, 1996)
Desta forma, uma maior ou menor demanda de água terá como resultado, de forma
proporcional, um maior ou menor volume de esgoto.
2.4.1.1 Características das excretas
As fezes humanas se compõem de restos alimentares ou dos próprios
alimentos não transformados pela digestão, integrando-se as albuminas, as gorduras,
os carboidratos e as proteínas, estando presentes, também, os sais e uma infinidade de
microrganismos. Na urina são eliminadas algumas substâncias, como a uréia,
resultantes das transformações químicas (metabolismo) de compostos nitrogenados
(proteínas). Tanto as fezes como a urina contêm grande quantidade de água, além de
matéria orgânica e inorgânica. No que se refere à matéria orgânica, esta compõe cerca
de 20% das fezes e 2,5% da urina.
25
Os microrganismos eliminados nas fezes são de diversos tipos, com destaque
para os coliformes (Escherichia coli, Aerobacter aerogenes e Aerobacter cloacae),
que podem atingir a quantidade de um bilhão por grama de fezes. (FUNASA, 1991)
2.4.1.2 Características da qualidade do esgoto
O esgoto apresenta as seguintes características físicas, químicas e biológicas:
Características físicas
 Matéria sólida: Compõem aproximadamente 0,1% dos esgotos domésticos e
acarretam os problemas de poluição das águas, trazendo a necessidade do
tratamento dos esgotos. (FUNASA,1991)
 Temperatura: É, em geral, pouco superior à temperatura das águas de
abastecimento. A velocidade da decomposição do esgoto é proporcional ao
aumento da temperatura. (FUNASA,1991)
 Odor: Causado pelos gases formados no processo de decomposição do esgoto.
O odor do esgoto fresco é razoavelmente suportável, porém do esgoto velho ou
séptico torna-se insuportável em virtude da presença de gás sulfídrico.
(FUNASA,1991)
 Cor e turbidez: Indicam o estado de decomposição do esgoto. A tonalidade
acinzentada acompanhada de alguma turbidez é típica do esgoto fresco, e a cor
preta é típica do esgoto velho. (FUNASA,1991)
26
 Variação de vazão: depende dos costumes dos habitantes e é calculada em
função do consume médio diário de água de um indivíduo. Estima-se que 80%
da água consumida é lançada como esgoto na rede coletora. (FUNASA,1991)
Características químicas
 Matéria orgânica: origem de 70% dos sólidos no esgoto, sendo geralmente uma
combinação de carbono, hidrogênio e oxigênio, e algumas vezes com
nitrogênio. Esta matéria orgânica é constituída por compostos de proteínas (40 a
60%), compostos de carboidratos (25 a 50%), gorduras e óleos (10%), havendo
ainda a presença de ureia, sulfactantes, fenóis e outros. (FUNASA, 1991) Para a
determinação da matéria orgânica, podem ser adotados métodos diretos, com a
medição do carbono orgânico, ou indiretos, com a medição do consumo de
oxigênio. Como métodos indiretos, podem-se citar a Demanda Bioquímica de
Oxigênio, a Demanda Química de Oxigênio e a Demanda Última de Oxigênio;
e como método direto cita-se o Carbono Orgânico Total. (FUNASA,1991)
 Matéria inorgânica: formada principalmente pela presença de areia e
substâncias minerais dissolvidas. (FUNASA, 1991)
 Nitrogênio total: inclui, nitrogênio orgânico, amônia, nitrito e nitrato. Trata-se
de um nutriente indispensável ao desenvolvimento dos microrganismos no
tratamento biológico. (FUNASA,1991)
 pH: Indica as características ácidas ou básicas do esgoto. Os processos de
oxidação biológiga tendem a reduzir o pH, deixando o esgoto mais ácido.
(FUNASA,1991)
27
Características biológicas
 Microrganismos de águas residuais: Bactérias, fungos, protozoários, vírus e
algas. Os mais importantes são as bactérias, responsáveis pela decomposição e
estabilização da matéria orgânica tanto na natureza como nas estações de
tratamento. (Funasa) Também os fungos são de grande importância na
decomposição da matéria orgânica, e podem crescer em condições de baixo pH.
(VON SPERLING, 1996)
 Indicadores de poluição: Costuma-se adotar os organismos do grupo coliforme
como indicadores, típicos do intestino do homem e de outros animais de sangue
quente (mamíferos). São de simples determinação, razão pela qual são adotadas
como referência para indicar e medir a grandeza da poluição. A realização de
análises para determinar a presença de patogênicos no esgoto é trabalhosa e
cara, razão pela qual, se determina a presença de coliformes e, por segurança,
age-se como se os demais patogênicos também estivessem presentes.
(FUNASA, 1991)
2.4.2 Vazão de infiltração
Devido a defeitos em tubos, conexões, juntas e em paredes de poços de visita,
podem ocorrer infiltrações no sistema de esgotamento. Diversos fatores interferem na
quantidade de água infiltrada, como o tipo de solo, extensão da rede coletora, área
servida, profundidade do lençol freático, topografia e densidade populacional. Caso
não haja dados locais específicos disponíveis, pode-se expressar a taxa de infiltração
28
em termos de vazão por extensão da rede coletora, sendo usualmente utilizados valores
médios entre 0,3 e 0,5 l/s.km. (VON SPERLING, 1996)
2.4.3 Esgoto Industrial
O esgoto proveniente de indústrias e que contribui à estação de tratamento
depende do tipo de indústria, seu porte, processos empregados, grau de reciclagem,
existência de pré-tratamento, etc. É importante a avaliação adequada das vazões
industriais que contribuem à rede pública, visto que os despejos podem exercer grande
influência no projeto e na operação da ETE. (VON SPERLING, 1996)
2.5 TRATAMENTO DE ESGOTOS
A disposição de esgotos brutos no solo ou em corpos receptores naturais,
como lagoas, rios, oceanos, é uma alternativa que foi, e ainda é, empregada de forma
muito intensa. Dependendo da carga orgânica lançada, os esgotos provocam a total
degradação do ambiente (solo, água e ar) ou, em outros casos, o meio demonstra ter
condições de receber e de decompor os contaminantes até alcançar um nível que não
cause problemas ou alterações acentuadas que prejudiquem o ecossistema local e
circunvizinho.
Este fato demonstra que a natureza tem condições de promover o tratamento
dos esgotos, desde que não ocorra sobrecarga e que haja boas condições ambientais
que permitam a evolução, reprodução e crescimento de organismos que decompõem a
matéria orgânica.
29
Uma estação de tratamento de esgotos é, em essência, um sistema que explora
esses mesmos organismos que proliferam no solo e na água, procurando, no entanto,
otimizar os processos e minimizar custos para que se consiga a maior eficiência
possível, respeitando-se as restrições que se impõem pela proteção do corpo receptor e
pela limitação dos recursos disponíveis. (COSTA, 1999)
Em estações de tratamento procura-se, geralmente, reduzir o tempo de
detenção hidráulica (tempo médio que o esgoto fica retido no sistema) e aumentar a
eficiência das reações bioquímicas, de maneira que se atinja determinado nível de
redução de carga orgânica, em tempo e espaço muito inferiores em relação ao que se
espera que ocorra no ambiente natural. (COSTA, 1999)
Atualmente já se tem uma idéia generalizada de que ambos os processos
biológicos, aeróbio e anaeróbio, podem ser aplicados para o tratamento de esgotos
sanitários, cada qual apresentando uma série de aspectos positivos e, naturalmente,
outra série de aspectos negativos. Assim sendo, em cada caso, devem-se ponderar
ambas as possibilidades para que se chegue realmente à solução mais apropriada para
uma determinada cidade, levando-se em conta as suas características próprias, para
que seja escolhida a solução que corresponda a uma eficiência e a custos compatíveis
com as circunstâncias que prevalecem no local. (COSTA, 1999)
O tratamento de efluentes, para garantir um grau de depuração compatível
com as condições de lançamento estabelecidas pela legislação, pode incluir diferentes
níveis e métodos.
2.5.1Níveis de tratamento
30
Conforme Von Sperling (1996), os níveis de tratamento são comumente
classificados em:
 Preliminar
 Primário
 Secundário
 Terciário
O tratamento preliminar se destina à remoção de sólidos grosseiros, detritos
minerais, material flutuante, óleos e graxas. O tratamento primário visa à remoção de
sólidos sedimentáveis suspensos e de parte da matéria orgânica. Esses dois níveis têm,
como forma de remoção de poluentes, mecanismos físicos, enquanto no tratamento
secundário, cujo objetivo principal é a remoção de matéria orgânica e de nutrientes,
predominam os mecanismos biológicos.
O tratamento terciário raramente é utilizado no Brasil, e tem como objetivo a
retirada de poluentes específicos, como compostos tóxicos ou não biodegradáveis; ou
complementar a retirada de poluentes cuja remoção, no tratamento secundário, tenha
sido insuficiente.
31
Tabela 1 – NÍVEIS DO TRATAMENTO DOS ESGOTOS
Nível
Preliminar
Primário
Remoção
sólidos em suspensão grosseiros (areia e materiais de maiores dimensões)
sólidos sedimentáveis suspensos
DBO em suspensão (matéria orgânica dos sólidos em suspensão
sedimentáveis)
Secundário
DBO em suspensão (matéria orgânica suspensa fina, não removida em
tratamento primário)
DBO solúvel (matéria orgânica em forma de sólidos dissolvidos)
Terciário
Nutrientes
Patogênicos
Compostos biodegradáveis
Metais pesados
Sólidos inorgânicos dissolvidos
Sólidos suspensos remanescentes
Fonte: Von Sperling, 1996
Na tabela 1 são citados os níveis de tratamento e o tipo de remoção a que se
destinam, sendo que a remoção de nutrientes e patogênicos, que na tabela 1 é
considerada como parte do tratamento terciário, pode ser considerada, dependendo da
concepção de tratamento local, como integrante do tratamento secundário.
Ainda de acordo com Von Sperling, o tratamento primário tem eficiência de
60% a 70% na remoção de sólidos sedimentáveis, e de 30% a 40% na remoção de
DBO e de coliformes.
O tratamento secundário, dependendo do sistema a ser utilizado, alcança uma
eficiência entre 60% e 99% na remoção da DBO e de coliformes, e de 10% a 50% na
remoção de nutrientes, podendo atingir eficiência ainda superior caso haja alguma
etapa de remoção específica para coliformes e nutrientes.
32
2.5.2 Métodos de tratamento
Os métodos de tratamento podem se dividir em operações e processos
unitários, e a integração destes são os componentes dos sistemas de tratamento,
podendo ocorrer simultaneamente em uma mesma unidade de tratamento. (VON
SPERLING, 1996)
As definições das operações e processos podem ser adotadas, conforme
Metcalf & Eddy (1991 citado por Von Sperling, 1996), da seguinte forma:
 Operações físicas unitárias: método de tratamento em que há a
predominância de forças físicas, como gradeamento, mistura, floculação,
sedimentação, flotação e filtração.
 Processos químicos unitários: Neste método os contaminantes são
remocidos ou convertidos pela adição de produtos químicos ou devido a
reações químicas.
 Processos biológicos unitários: A remoção dos contaminantes ocorre, neste
método, pela atividade biológica.
Os processos, operações e sistemas de tratamento são definidos em função do
poluente que se quer remover. As operações e processos frequentemente utilizados são
os relacionados na tabela 2 com os poluentes a serem removidos.
33
TABELA 2 – OPERAÇÕES, PROCESSOS E SISTEMAS DE
FREQUENTEMENTE UTILIZADOS PARA REMOÇÃO DE POLUENTES
TRATAMENTO
Poluente
Operação, processo ou sistema de tratamento
Sólidos suspensos
Gradeamento
Remoção de areia
Sedimentação
Disposição no solo
Matéria orgânica
biodegradável
Lagoas de estabilização
Lodos ativados
Filtro Biológico
Tratamento anaeróbio
Disposição no solo
Patogênicos
Lagoas de maturação
Disposição no solo
Desinfecção com produtos químicos
Desinfecção com radiação ultravioleta
Nitrogênio
Nitrificação e desnitrificação biológica
Disposição no solo
Processos físico-químicos
Fósforo
Remoção biológica
Processos físico-químicos
Fonte: Von Sperling (1996)
2.5.3 Sistemas de Tratamento – Nível secundário
Serão descritos a seguir, resumidamente, conforme Von Sperling (1996), os
principais sistemas de tratamento em nível secundário utilizados no Brasil, exceto o
sistema de filtros biológicos, que, por se tratar do sistema com o qual se relaciona este
trabalho, será descrito com maior detalhe, separadamente.
2.5.3.1 Lagoas de Estabilização
 Lagoa Facultativa: A DBO solúvel e finamente particulada é estabilizada
aerobiamente por bactérias dispersas em meio líquido, enquanto a DBO
suspensa tende a sedimentar, sendo estabilizada anaerobiamente por bactérias
34
no fundo da lagoa. O oxigênio requerido pelas bactérias aeróbias é fornecido
pelas algas, através da fotossíntese.
 Lagoa anaeróbia – lagoa facultativa: A DBO é estabilizada em torno de 50% na
lagoa anaeróbia, que é mais profunda e com menor volume. A DBO
remanescente é removida na lagoa facultativa. Este sistema ocupa uma área
menor à de uma lagoa facultativa única.
 Lagoa aerada facultativa: Seu mecanismo de remoção de DBO é similar ao de
uma lagoa facultativa, porém, o oxigênio é fornecido por aeradores mecânicos,
e não através de fotossíntese. Como a lagoa é facultativa, grande parte dos
sólidos do esgoto e da biomassa sedimenta, sendo decomposta anaerobiamente
no fundo.
 Lagoa aerada de mistura completa – lagoa de decantação: A energia introduzida
por unidade de volume da lagoa é elevada, fazendo com que os sólidos,
principalmente a biomassa, permaneçam dispersos no meio líquido, ou em
mistura completa. Disso decorre uma maior concentração de bactérias no meio
líquido, o que aumenta a eficiência na remoção da DBO, permitindo que o
sistema tenha um menor volume em relação ao de uma lagoa aerada facultativa.
Os teores de sólido do efluente são, porém, elevados, e estes necessitam ser
35
removidos antes do lançamento no corpo receptor. A lagoa de decantação, à
jusante do sistema, proporciona as condições para essa remoção.
2.5.3.2 Lodos Ativados
 Convencional: A concentração de biomassa no reator é elevada em virtude da
recirculação dos sólidos sedimentados no fundo do decantador secundário. A
permanência da biomassa no sistema é maior que a do líquido, garantindo
grande eficiência na remoção de DBO. O lodo deve ser removido em
quantidade equivalente ao que é produzido, e esse lodo removido necessita uma
estabilização na etapa do tratamento de lodo. Aeradores mecânicos ou ar difuso
fornecem oxigênio. Os sólidos sedimentáveis devem ser removidos em uma
etapa anterior, devendo haver uma unidade de decantação primária para esse
fim.
 Aeração prolongada: Similar ao convencional, porém, os tanques de aeração são
maiores, e a biomassa permanece por mais tempo no sistema. Assim, há uma
menor DBO disponível lpara as bactérias, fazendo com que estas usem a
matéria orgânica do próprio material celular para sua manutenção. Como
resultado, o lodo excedente retirado já sai estabilizado. À diferença do
convencional, não se costuma incluir unidades de decantação primária.
36
 Fluxo intermitente: O sistema é operado de forma intermitente. Desta forma, no
mesmo tanque, em fases diferentes, ocorrem as etapas de reação, quando os
aeradores estão ligados, e de sedimentação, quando os aeradores estão
desligados, momento em que se retira o efluente (sobrenadante). Quando os
aeradores são religados os sólidos sedimentados voltam à massa líquida,
dispensando o uso de elevatórias de recirculação.
2.5.3.3
Sistemas anaeróbios
 Reator anaeróbio de manta de lodo: A estabilização da DBO é feita
anaerobiamente por bactérias dispersas no reator. O fluxo do líquido é
ascendente. A parte superior do reator é dividida em zonas de sedimentação e
de coleta de gás, sendo que aquela permite a saída do efluente clarificado e o
retorno dos sólidos ao sistema, aumentando sua concentração no reator. Há
formação de gases, incluindo o metano. A quantidade de lodo produzida é
baixa, sendo que este já sai estabilizado, e o sistema dispensa decantação
primária.
 Filtro anaeróbio: A DBO é estabilizada anaerobiamente por bactérias aderidas a
um meio suporte, normalmente pedras, no reator. O tanque trabalha submerso, e
o fluxo é ascendente. É requerida decantação primária, sendo normalmente
usadas fossas sépticas. Há baixa produção de lodo, que já sai estabilizado.
37
2.5.3.4
Disposição no solo
 Infiltração lenta: O esgoto é aplicado no solo, fornecendo água e nutrientes para
o crescimento das plantas. Parte do líquido evapora, parte percola no solo, e a
maior parte é absorvida pelas plantas. As taxas de aplicação no terreno são
baixas, e os métodos empregados são o da aspersão, do alagamento da crista e
vala.
 Infiltração rápida: O esgoto é disposto em bacias rasas. O líquido passa pelo
fundo poroso, e percola pelo solo. Há uma menor perda de líquido por
evaporação devido às maiores taxas de aplicação, que é intermitente,
proporcionando um tempo de descanso para o solo. Os tipos mais comuns são:
percolação para a água subterrânea, recuperação por drenagem subsuperficial e
recuperação por poços freáticos.
 Infiltração subsuperficial: O esgoto, após decantação primária, é aplicado
abaixo do nível do solo. Os locais de infiltração são preenchidos com um meio
poroso, onde ocorre o tratamento. Valas de infiltração e sumidouros são os tipos
mais comuns.
38
 Escoamento superficial: O esgoto é distribuído na parte superior de terrenos
com certa declividade, escoando através dos mesmos até serem coletados por
valas na parte inferior. A aplicação é feita de forma intermitente. Os tipos mais
usados são aspersores de alta pressão, aspersores de baixa pressão e tubulações
ou canais de distribuição com aberturas intervaladas.
2.6
FILTROS BIOLÓGICOS
Os filtros biológicos são sistemas de tratamento de esgotos que podem
encontrar uma grande aplicabilidade no Brasil, dada a sua simplicidade e baixo custo
operacional. Entretanto, são poucas as unidades encontradas em território nacional.
O primeiro filtro biológico entrou em operação na Inglaterra, no final do
século XIV, sendo originado da evolução dos então chamados filtros de contato, que
eram tanques preenchidos com pedras e alimentados com esgoto pela superfície até
completar o volume do tanque, e após um período de contato entre esgoto e pedras,
normalmente de 6 horas, o tanque era drenado e o leito de pedras deixado em repouso
por um período, também de 6 horas, antes de o ciclo ser repetido. (CHERNICHARO
ET AL, 2001)
Um filtro biológico, esquematizado na FIGURA 1, consiste de um tanque
preenchido com pedras, madeira ou material plástico, sobre o qual os esgotos são
aplicados sob a forma de gotas ou jatos, frequentemente através de distribuidores
rotativos movidos pela própria carga hidráulica dos esgotos. O esgoto percola, então,
para os drenos localizados no fundo do tanque. Esta percolação permite o crescimento
39
bacteriano na superfície da pedra ou do material de enchimento, na forma de uma
película fixa, chamada biofilme. Ao passar pelo biofilme, há o contato entre os
microrganismos e o material orgânico. Nos espaços vazios entre as pedras há a
circulação de ar, fornecendo oxigênio para a respiração dos microrganismos.
(CHERNICHARO ET AL, 2001)
FIGURA 1 – ESQUEMA DE UM FILTRO BIOLÓGICO
Fonte: Kawano, 2008
O nome de filtro biológico dado a esse sistema não é, em realidade, adequado
à forma de funcionamento do mesmo. A denominação filtro é incorretamente
empregada, pois o processo não envolve qualquer fenômeno de peneiramento ou
filtração, e sim uma oxidação biológica, mas o termo tal como é usado é consagrado.
40
O meio suporte é normalmente composto de pedras, cujo diâmetro permite um grande
espaço de vazios, não permitindo peneiramento, e assim sua função é fornecer suporte
para a formação da película microbiana. Também são denominados filtros de
percolação, ou, no original em inglês, "trickling filter". (VON SPERLING, 1996)
Diferentemente dos processos de lagoas de estabilização e de lodos ativados,
em que a biomassa cresce dispersa em um tanque ou lagoa, no processo de filtros
biológicos a biomassa cresce aderida a um meio suporte. (VON SPERLING, 1996)
Na medida em que a biomassa cresce na superfície das pedras, o espaço vazio
tende a diminuir, e assim a velocidade de escoamento do líquido nos poros aumenta.
Ao atingir certa velocidade, esta causa uma tensão de cisalhamento que desaloja parte
do material aderido, o que funciona como uma forma natural de controle da população
microbiana no meio. O lodo desalojado deve ser removido nos decantadores
secundários para diminuição dos sólidos em suspensão do efluente final.
2.6.1 Componentes de um filtro biológico
De acordo com Kawano e Torres (2008), o reator biológico convencional
empregado para filtração biológica é constituído dos seguintes componentes, ilustrados
na FIGURA 2:
A – Tubulação do afluente
B – Sistema de drenagem
C – Parede do tanque
D – Meio suporte
41
E – Distribuidor rotativo
F – Braço do distribuidor rotativo
FIGURA 2 – PARTES COMPONENTES DE UM FILTRO BIOLÓGICO
Fonte: Kawano, 2008
 Mecanismo de distribuição do esgoto: A distribuição do afluente é realizada por
meio de aspersores fixos ou móveis. Os distribuidores fixos são constituídos de
sistemas de canalizações com bocais aspersores alimentados intermitentemente
por uma câmara de dosagem. Estes dispositivos, similares aos tanques fluxíveis,
não garantem uma distribuição uniforme e promovem a presença de regiões do
meio suporte sem alimentação de esgotos. Os distribuidores móveis, ilustrados
na FIGURA 3, podem ser dotados com movimentos de translação ou de
rotação. Os braços distribuidores, conforme se vê na FIGURA 4, são ligados a
uma coluna central que gira sobre uma base ligada à tubulação afluente.
(KAWANO E TORRES, 2008)
42
FIGURA 3 - DISTRIBUIDOR ROTATIVO – ETE PEIXINHOS, RECIFE/PE
Fonte: Kawano, 2008
Modernamente esta alimentação é contínua, podendo, no entanto, ser efetuada
por meio de caixas dosadoras de funcionamento intermitente. Uma série de bocais nos
braços efetua a distribuição uniforme do esgoto a tratar. Estes bocais estão localizados
sempre de um mesmo lado dos braços, de modo a permitir o movimento dos braços
rotativos pelo próprio líquido. (KAWANO E TORRES, 2008)
43
FIGURA 4 – BRAÇO DISTRIBUIDOR DO AFLUENTE
Fonte: Kawano, 2008
Meio suporte: O meio suporte, antigamente denominado meio drenante ou meio
filtrante, é constituído de uma massa de sólidos, convenientemente depositada
no tanque, com a finalidade de agregar a biomassa, em condições favoráveis ao
desenvolvimento das reações bioquímicas que caracterizam o processo,
permitindo ampla ventilação. O material a ser utilizado como meio filtrante
depende principalmente da disponibilidade local de material adequado e de seu
custo de transporte. Tradicionalmente são usados pedregulhos, cascalhos,
escórias de fornos de fundição e outros materiais inertes (ABES, 2011).
Recentemente o plástico tem sido utilizado como meio filtrante, com bons
resultados (figuras 5 e 6). A grande vantagem do meio plástico é possuir um
coeficiente de vazios e, portanto, uma superfície específica mais ou menos igual
à das pedras. Também se trata de um material muito mais leve, o que facilita o
transporte e o arranjo nas unidades filtrantes. Por esta característica de leveza,
os plásticos têm sido usados em torres de filtração, que atingem até 12 metros
de altura, em geral com recirculação do efluente, com boa eficiência. No
44
entanto, aspectos econômicos têm restringido sua maior utilização. (KAWANO
E TORRES, 2008)
FIGURA 5 – MEIO SUPORTE PLÁSTICO
Fonte: Kawano, 2008
FIGURA 6 – MEIO SUPORTE POLIPROPILENO
Fonte: Kawano, 2008
 Sistema de drenagem do efluente: A distribuição uniforme na superfície e
através do meio filtrante depende principalmente de um eficiente sistema de
drenagem, situado no fundo da camada filtrante. O sistema de drenagem
consiste de blocos ou calhas pré-moldadas de concreto, barro vidrado, cimento
amianto ou plástico, dispostos em toda a extensão do fundo do filtro, com
condições de escoamento para receber continuamente o esgoto aplicado na
45
unidade e conduzi-lo ao canal efluente no fundo. Os blocos (figura 7) ou telhas
drenantes possuem orifícios cuja área total não deverá ser inferior a 20 % da
área da superfície horizontal de cada peça (JORDÃO, 1971).
FIGURA 7 – MODELOS DE BLOCOS DE DRENAGEM
Fonte: ABES, 2011
 Ventilação: Por se tratar de um sistema aeróbio, a ventilação é importante para
manter as condições de aeração necessárias ao processo. A ventilação pode ser
natural, em que o ar poderá circular para cima ou para baixo, dependendo da
densidade do ar interior, que por sua vez depende da temperatura ambiente
(ABES, 2011). A ventilação artificial, forçada, é pouco empregada devido aos
custos envolvidos na cobertura do leito filtrante, e dos custos dos próprios
sistemas de ventilação, que requerem aproximadamente 0,3 m³ de ar por m³ de
meio filtrante (JORDÃO, 1971).
46
FIGURA 8 – EXEMPLO DE FILTRO BIOLÓGICO – DETALHE DA ENTRADA DE AR
Fonte: Kawano, 2008
2.6.2 Tipos de filtro biológico
Geralmente, os filtros biológicos são classificados em função da carga
hidráulica ou da carga orgânica a que são submetidos. (VON SPERLING, 1996) A
classificação empregada é:
 Filtros biológicos de baixa carga: Nesse sistema, esquematizado na figura 9, a
quantidade de DBO aplicada por unidade de volume é de até 0,4 kgDBO/m³,
resultando
em uma
pequena
disponibilidade
de
alimentos
para
os
microrganismos, havendo então a estabilização parcial do lodo (autoconsumo
da matéria orgânica celular), e uma maior eficiência do sistema na remoção da
DBO e de nitrificação. A menor carga de DBO aplicada por unidade de volume
do tanque está associada a maiores requisitos de área, comparado ao sistema de
alta carga. A eficiência desse sistema é comparável à do sistema de lodos
47
ativados, com a vantagem de, por sua menor mecanização, ser mais simples de
operar, embora menos flexível, e de apresentarem um consumo de energia
inferior. Um dos principais problemas desse sistema é a proliferação de moscas.
(CHERNICHARO ET AL, 2001; VON SPERLING,1996)
FIGURA 9 – DESENHO ESQUEMÁTICO DE UM FILTRO BIOLÓGICO DE BAIXA CARGA
Fonte: Von Sperling, 1996
 Filtros biológicos de carga intermediária: São projetados com taxas de aplicação
mais elevadas que as dos filtros de baixa carga, e mais baixas que os de alta
carga. Embora a vazão de alimentação contínua seja a mais comumente
empregada,
também
pode
ser
praticada
a
alimentação
intermitente.
Normalmente é prevista a recirculação do efluente tratado no sistema, com o
objetivo de controlar a espessura do biofilme e de melhorar a eficiência. O
efluente produzido é parcialmente nitrificado, e pode ocorrer proliferação de
moscas. (CHERNICHARO ET AL, 2001)
48
 Filtros biológicos de alta carga: Conceitualmente, os filtros biológicos de alta carga são
similares aos de baixa carga (ver FIGURA 10), entretanto, por receberem uma maior carga de
DBO por unidade de volume de leito, requerem uma área menor. Ocorre uma ligeira redução
na eficiência da remoção de matéria orgânica, e o lodo no filtro não é estabilizado devido à
maior disponibilidade de alimentos aos microrganismos. Nesses filtros, ocorre recirculação
do efluente, objetivando manter a vazão aproximadamente uniforme durante todo o dia (a
menor vazão no período da noite poderia fazer com que os braços distribuidores não rodem,
e o leito poderia secar), equilibrar a carga afluente, e possibilitar um novo contato da matéria
orgânica efluente a fim de garantir uma maior eficiência. A recirculação nos filtros biológicos
é do efluente, diferentemente do sistema de lodos ativados, em que a recirculação é do lodo
sedimentado. A remoção da DBO nesse processo é inferior, devido à elevada taxa de
aplicação. Não há desenvolvimento de moscas, e a nitrificação é parcial com as taxas de
aplicação mais baixas. (CHERNICHARO, 2001; VON SPERLING, 1996)
FIGURA 10 - DESENHO ESQUEMÁTICO DE UM FILTRO BIOLÓGICO DE ALTA CARGA
Fonte: Von Sperling, 1996
 Filtros biológicos de carga super alta: Geralmente preenchidos com meios
granulares sintéticos, mais leves e com maior área de superfície específica, e
49
possuem profundidades entre 03 e 12 metros, o que é possível devido à baixa
densidade do material de enchimento. (CHERNICHARO ET AL, 2001)
 Filtros biológicos grosseiros: São um tipo de filtro de alta carga usado para prétratamento de esgotos, à montante do tratamento secundário. A alimentação é
contínua e o material de enchimento é sintético. Conforme Metcalf & Eddy
(1991), seu uso mais comum é para despejos com concentrações de DBO mais
altas, superiores a 1,6 kg/m³.d. Uma vantagem desse sistema é a baixa energia
requerida para a remoção da DBO de efluentes com altas cargas, em
comparação ao sistema de lodos ativados aerados. Devido ao desenvolvimento
dos reatores UASB, esse sistema perdeu muito de sua aplicação.
(CHERNICHARO ET AL, 2001)
 Filtros biológicos de dois estágios: Como forma de melhorar a eficiência dos
filtros biológicos, ou de se tratar esgotos com maior concentração de matéria
orgânica, pode-se utilizar dois filtros em série, com várias configurações
possíveis e diferentes formas de recirculação do efluente. Normalmente, há um
clarificardor intermediário para a remoção dos sólidos gerados no primeiro
filtro. Esse sistema é utilizado, também, em casos em que é requerida a
nitrificação: o primeiro estágio do filtro e o clarificador intermediário reduzem
a DBO, e a nitrificação ocorre no segundo estágio. (CHERNICHARO, 2001)
50
Na tabela 3 são resumidas as principais características dos diferentes tipos de
filtros biológicos.
TABELA 3 – CARACTERÍSTICAS DOS FILTROS BIOLÓGICOS CONFORME O TIPO
Baixa
Carga
Alta
Carga
Condições operacionais
Grosseiro
carga
intermediária
carga
super alta
Meio suporte
Taxa de aplicação
(m/m².dia)
Carga orgânica
volumétrica
(kgDBO/m³.dia)
Recirculação
Moscas
Arraste de Biofilme
Profundidade (m)
Remoção de DBO (%)
Nitrificação
Fonte: Prosab, 2001
Pedra
Pedra
Pedra
10,0 a
40,0
Pedra
12,0 a
70,0
Pedra/plástico
1, 0 a 4,0
3,5 a 10,0
0,1 a 0,4
0,2 a 0,5
0,5 a 1,0
0,5 a 1,6
Até 8
Mínima
Muitas
Intermitente
1,8 a 2,5
80 a 85
Intensa
Eventual
Variável
Variável
1,8 a 2,5
50 a 70
Parcial
Sempre
Variável
Contínuo
0,9 a 3,0
65 a 80
Parcial
Sempre
Poucas
Contínuo
3,0 a 12,0
65 a 85
Limitada
Sempre
Poucas
Contínuo
0,9 a 6,0
40 a 65
Ausente
45,0 a 185,0
As propriedades físicas de alguns materiais empregados como meio suporte
em filtros biológicos, e suas aplicações quanto a remoção da DBO, nitrificação, ou a
combinação de ambos são listadas na tabela 4.
TABELA 4 – PROPRIEDADES DOS MEIOS SUPORTE EMPREGADOS EM FILTROS
BIOLÓGICOS
51
Superfície
Densidade
Esdpaços
específica
aproximada
vazios
Aplicação
aproximada
(kg/m³)
(%)
(m²/m³)
Material
Tamanho
(cm)
Pedra pequena
2,5 a 7,5
1250 a 1450
60
50
N
10 a 13
61 x 61 x
122
800 a 1000
45
60
C, CN, N
30 a 80
90
>95
C, CN, N
61 x 61 x
122
65 a 95
140
>94
N
Diversos
30 a 60
98
80
C, CN, N
Diversos
50 a 80
150
70
N
Pedra grande
Plástico –
convencional
Plástico - grande
superficie
específica
Plástico - formatos
aleatórios convencional
Plástico - formatos
aleatórios - grande
superfície
específica
Fonte: Metcalf & Eddy
2.7 O MUNICÍPIO DE ITAPERUÇU
Localizada a 25° 13' 12" S de latitude, e longitude 49° 20' 52" O, a cidade de
Itaperuçu integra a Região Metropolitana de Curitiba, distando aproximadamente 38
km da capital. (PREFEITURA MUNICIPAL DE ITAPERUÇU, 2011) A população
do município, conforme censo realizado em 2010, é de 23.899 habitantes e sua área
total é de 312, 38 km². (IBGE, 2011)
FIGURA 11 – LOCALIZAÇÃO DO MUNICÍPIO DE ITAPERUÇU/PR
52
Fonte: Prefeitura Municipal de Itaperuçu, 2011
De acordo com dados extraídos do DataSUS (2011) a taxa de crescimento
anual estimada para o município de Itaperuçu é menor, sendo de 1,2%. Da população
do município, conforme dados da Prefeitura Municipal de Itaperuçu, referentes ao ano
de 2001, 84% residia em área urbana, proporção que se manteve de acordo com o
censo realizado pelo IBGE em 2010.
Segundo informado pela Prefeitura Municipal de Itaperuçu (2011), no que se
refere ao tipo de instalações sanitárias, apenas 3,73% do esgoto são lançados na rede
geral de esgoto ou pluvial. No entanto, em planilha obtida junto ao SNIS, que trata dos
indicadores municipais relativos aos serviços de saneamento básico, não há
informação de rede coletora de esgoto para o município, e consequentemente, não há
tratamento do esgoto gerado.
Tal ausência de rede coletora de esgoto leva ao entendimento de que os 3,73%
informados pela Prefeitura Municipal de Itaperuçu como coletados são lançados na
rede pluvial, com o consequente lançamento desse esgoto diretamente no corpo
receptor. Ainda conforme dados da Prefeitura Municipal de Itaperuçu, 78,86% das
instalações sanitárias do município são fossas sépticas ou rudimentares, e 13,95% da
53
população não possui nenhum tipo de instalação sanitária. Os 3,46% restantes são
lançados em outros tipos de escoadouros.
De acordo com dados divulgados pelo IPARDES em maio em 2011, o total de
unidades industriais atendidas pela Sanepar, no ano de 2010, foi de 32 unidades. A
quantidade de estabelecimentos industriais e de empregos gerados por essas indústrias
também são informadas pelo IPARDES, conforme mostrado na tabela 5:
TABELA 5 – ESTABELECIMENTOS E GERAÇÃO DE EMPREGOS EM ITAPERUÇU,
POR TIPO DE INDUSTRIA
Atividade
Estabelecimentos Empregos
4
206
Indústria de produtos minerais não metálicos
7
33
Indústria metalúrgica
3
12
Indústria mecânica
1
8
Indústria de materiais elétricos e de comunicação
57
201
Indústria da madeira e do mobiliário
2
5
Indústria do papel, papelão, editorial e gráfica
Indústria química,farmac.,veterin.,perf.,sabões,velas e
1
1
mat.plást.
1
3
Indústria têxtil, do vestuário e artefatos de tecidos
Indústria de produtos alimentícios, de bebida e álcool
5
17
etílico
Fonte: IPARDES, 2011, modificada.
No entanto, tendo em vista a ausência de dados específicos referentes à
geração de efluentes dessas indústrias, bem como dados relativos às quantidades
produzidas pelas mesmas, o que possibilitaria estimar sua faixa de vazão, o presente
trabalho se aterá apenas à vazão doméstica estimada do município.
Também conforme dados verificados em planilha divulgada pelo SNIS, o
município de Itaperuçu não conta, atualmente, com rede coletora de esgoto e, por
consequência, não existe tratamento para os efluentes gerados na cidade.
54
O IDH do município, conforme o PNUD/Atlas de Desenvolvimento Humano
do ano de 2000, o índice de desenvolvimento humano – IDH - do município é 0,675.
O IDH referente à educação é de 0,753, o referente à renda é de 0,590, e o que se
refere à longevidade é 0,683. (PREFEITURA MUNICIPAL DE ITAPERUÇU, 2011)
Da população com idade entre 7 e 14 anos, 99,99% frequentam a escola
fundamental. Este índice cai para 45,96% quando se verifica a população entre 15 e 17
anos que frequenta a escola de nível médio; e apenas 0,51% da população com idade
entre 18 e 22 anos frequenta cursos superiores. (PREFEITURA MUNICIPAL DE
ITAPERUÇU, 2011)
A renda per capita do município é de R$ 133,47, bastante abaixo da renda
nacional, de R$ 297,23/habitante, e do Estado do Paraná, cuja renda per capita é de R$
321,39. Essas rendas são referentes ao ano de 2000, e informadas pela Prefeitura
Municipal de Itaperuçu (2011). O crescimento bruto da renda per capita do município
no período compreendido entre os anos de 1991 e 2000 (32,27%), porém, foi superior
ao da renda brasileira, cujo crescimento no mesmo período foi de 29,06%.
55
3
MATERIAIS E MÉTODOS
Com base na população informada pelo IBGE para o município, referente ao
censo de 2010, pode-se, utilizando-se o método da projeção geométrica (VON
SPERLING, 1996), estimar a população do município para o ano de 2031, tempo de
alcance da ETE de que se trata o presente trabalho, conforme abaixo:
(3.1)
Onde:
Pt = População final
P0 = População inicial
Ks = coeficiente de crescimento populacional
t = tempo final (ano)
t0 = tempo inicial (ano)
Assim, a população estimada para o município de Itaperuçu, no ano de 2031, é
de 30.748 habitantes.
Encontra-se em fase de construção, pela Sanepar, a ETE Buquerinho, que,
segundo divulgado pela empresa, terá capacidade para tratamento do esgoto gerado
por 26.000 habitantes..
56
Diante disso, a estação de tratamento de esgoto dimensionada neste trabalho
visará ao atendimento de uma população de 4.748 habitantes do município de
Itaperuçu, referente à população estimada do município para o ano de 2031 (30.748
habitantes), deduzindo-se a capacidade de tratamento da ETE Buquerinho (26.000
habitantes).
Conforme a Portaria Surehma nº 013/91, o rio Ribeira, assim como todos os
demais cursos d’agua da bacia do rio Ribeira, de domínio do Estado do Paraná, está
enquadrado como “Classe 2”, exceção feita aos cursos d’água utilizados para
abastecimento público e seus afluentes, desde suas nascentes até a seção de captação
para abastecimento público, quando a área desta bacia de captação for menor ou igual
a 50 (cinquenta) quilômetros quadrados, como o Rio Sete Barras, Rio Turvo e seus
afluentes, Rio São João, Córrego dos Veados, Córrego Poço Grande, Rio João Surrá e
seus afluentes, enquadrados como “Classe 1”.
FIGURA 12 – BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO RIBEIRA
Fonte: Mauri Castro, 2011
57
O lançamento de efluentes em corpos d’agua, no Estado do Paraná, deverá
atender aos padrões estabelecidos na Resolução SEMA nº 021/09, que estabelece
como valores máximos:
 DBO: até 90 mg/l;
 DQO: até 224 mg/l;
 Óleos e graxas:
o Óleos vegetais e gorduras animais: até 50 mg/l;
o Óleos minerais: até 20 mg/l
O sistema de filtros biológicos, em que pese o grande potencial e as vantagens
que apresenta, tem sido pouco empregado no Brasil, possivelmente devido à pouca
difusão dessa tecnologia no país. A opção desse sistema para a realização deste
trabalho se dá, portanto, com a finalidade de se disseminar o nível de conhecimento a
respeito desse sistema, que em virtude de sua simplicidade e de seu baixo custo
operacional, podem encontrar uma grande aplicabilidade no Brasil, país que apresenta
um elevado déficit nos serviços de saneamento básico, principalmente no que tange à
coleta e ao tratamento do esgoto.
Grande parte da literatura encontrada a respeito do sistema de filtros biológicos
é relacionada à sua utilização para o pós-tratamento de efluentes já tratados em
sistemas anaeróbios, os quais usualmente não são capazes de produzir efluentes com
padrões ambientais adequados para lançamento em corpo receptor.
Para a escolha do sistema a ser empregado em uma ETE, vários fatores devem
ser considerados, sendo de vital importância ter princípios de sustentabilidade como
base para a escolha da tecnologia a ser utilizada, observando aspectos sociais,
58
econômicos e ecológicos. A capacidade de depuração do corpo receptor e o uso que se
faz da água nos locais à jusante do ponto de lançamento são critérios que devem ser
observados.
Também deve ser considerada a característica dos esgotos, a área disponível
para implantação da estação de tratamento, os custos para a implantação, o consumo
de energia do sistema, topografia da região, volume de esgoto a tratar, grau de
qualificação da equipe que vai operar o sistema, clima e temperatura da região e locais
para disposição final do lodo gerado.
De maneira geral, não há interesse em se determinar os diversos compostos
constituintes do efluente a ser tratado, dado a complexidade das análises que seriam
necessárias e a pouca utilidade prática dos resultados obtidos no projeto e na operação
do sistema, sendo mais conveniente a utilização de parâmetros indiretos para avaliar o
potencial poluidor dos despejos. Desta forma, como alternativa à realização de análises
laboratoriais, é usualmente utilizada a verificação da DBO do efluente.
(CHERNICHARO ET AL, 2001)
A DBO não se trata de um poluente, mas sim de um parâmetro indireto, que
caracteriza a quantidade de oxigênio necessária para a oxidação da matéria orgânica
contida no esgoto. (VON SPERLING, 1996)
Com relação aos níveis preliminar e primário do tratamento, a escolha das
unidades dependerá das características do efluente a ser tratado e dos objetivos que se
pretende atingir com esse tratamento.
O sistema de filtração biológica tem, conforme acima citado, um grande
potencial de aplicação no Brasil, e se mostra vantajoso em comparação a outros
59
sistemas de tratamento de efluentes. Conforme Von Sperling (1996), a eficiência desse
sistema na remoção da DBO é superior a 80%, chegando a 93% nos filtros de baixa
carga, eficiência inferior apenas à do sistema de lodos ativados. Estes dois sistemas
têm a mesma eficiência na remoção de coliformes, ficando, ambos, abaixo da do
sistema de lagoas, a qual tem uma menor eficiência quando comparada a remoção da
DBO.
Quanto aos custos de implantação e de operação, o sistema de filtros biológicos
é menos oneroso que o de lodos ativados e, embora mais caro que os demais sistemas,
esses, por apresentarem o risco de gerarem efluentes com padrões fora dos requisitos
legais, em geral demandam a construção de um sistema para o pós-tratamento dos
efluentes, elevando, com isso, os custos do tratamento. (VON SPERLING, 1996)
A área necessária para a construção de um filtro biológico é superior à de um
sistema de lodos ativados, porém corresponde a um décimo da necessária para a
implantação de um sistema de lagoas. Em contrapartida, a energia demandada pelo
sistema de lodos ativados é bastante superior à demandada pelo sistema de filtração
biológica. (VON SPERLING, 1996)
A operação de um sistema de filtros biológicos é mais simples que a de uma
lagoa. Como maior inconveniente do sistema de filtro biológico está a geração de lodo
que deverá ser tratado posteriormente, similar à quantidade gerada pelo sistema de
lodos ativados. (VON SPERLING, 1996)
O sistema de disposição do efluente no solo, embora apresente vantagens
quanto a eficiência, custos e quantidade de lodo a tratar, tem uma menor simplicidade
60
para sua operação, e a elevadíssima área demandada para sua implantação torna
inviável a sua utilização.
TABELA 6 – CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DOS PRINCIPAIS SISTEMAS DE
TRATAMENTO DE ESGOTOS
Eficiência na remoção (%)
Sistema de
tratamento
Lagoa facultativa
Lagoa anaeróbia lagoa facult.
Lagoa aerada
facultativa
Lagoa aer. Mist.
Completa - lagoa
decant.
Lodos ativados
convencional
Lodos ativados era.
Prolongada
Lodos ativados
fluxo intermitente
Reator anaeróbio
manta de lodo
Fossa séptica filtro anaeróbio
Biodiscos
Filtro biológico
baixa carga
Filtro biológico alta
carga
DBO
N
P
7085
7090
7090
3050
3050
3050
2060
2060
2060
7090
3050
2060
8593
9398
8595
6080
7090
8593
8593
8090
3040
1530
3040
1025
1025
3040
3040
3040
3045
1020
3045
1020
3045
3045
3045
3045
Requisitos
Potência
(W/hab)
Custos de
implantação
(US$/hab)
Tempo de
detenção
hidráulica
total (dias)
Qtde. de
lodo a ser
tratado
(m³/hab.ano)
10-30
15-30
-
10-25
12-24
-
Coliformes
Área
(m²/hab)
60-99
2-5
60-99,9
1,5-3,5
60-96
0,25-0,5
1-1,7
10-25
5-10
-
60-99
0,2-0,5
1-1,7
10-25
4-7
-
60-90
0,2-0,3
1,5-2,8
60-120
0,4-0,6
1,1-1,5
65-90
0,250,35
2,5-4
40-80
0,8-1,2
0,7-1,2
65-90
0,2-0,3
1,5-4
50-80
0,4-1,2
0,7-1,5
65-90
0,05-0,1
20-40
0,3-0,5
0,07-0,1
65-90
0,2-0,4
30-80
1-2
0,07-0,1
65-90
0,150,25
0,7-1,6
70-120
0,2-0,3
0,7-1
65-90
0,5-0,7
0,2-0,6
50-90
NA
0,4-0,6
65-90
0,3-0,45
0,5-1
40-70
NA
1,1-1,5
0
(aprox)
0
(aprox)
0
(aprox)
0
(aprox)
Fonte: Von Sperling, 1996
O sistema dimensionado no presente trabalho se trata de um filtro biológico de
alta carga que, embora apresente eficiência menor, em comparação aos filtros de baixa
carga, demandam uma menor área, não apresentam problemas com proliferação de
moscas e têm um custo menor de implantação.
61
4
RESULTADOS
O resultado apresentado no presente trabalho se trata do dimensionamento das
unidades a serem utilizadas no sistema de tratamento, sendo elas: gradeamento,
desarenador, medidor de vazão, decantador primário, filtro biológico e decantador
secundário (ver FIGURA 10, pág 49)
4.1 CÁLCULO DA VAZÃO AFLUENTE MÉDIA DE ESGOTO
Para o cálculo da vazão média do esgoto a ser tratado, deverá ser considerada a
população a atender, o consumo de água per capita e o coeficiente de retorno, que é a
fração de água fornecida que adentra a rede coletora na forma de esgoto (VON
SPERLING, 1996)
A população estimada para Itaperuçu no ano de 2031 é de 30.748 habitantes.
Tendo em vista que o sistema em construção no município atenderá a 26.000
habitantes, o dimensionamento do sistema de filtros biológicos deste trabalho é para o
atendimento a uma população de 4.748 habitantes.
De acordo com Von Sperling (1996), para pequenas localidades, ou seja, com
população ente 10 e 50 mil habitantes, o consumo per capita de água (QPC) situa-se na
faixa de 110 a 180 litros diários. Para este estudo será adotado um QPC médio de 150
l/hab.dia.
62
Deste total, parte adentrará a rede coletora de esgoto, em uma quantidade entre
60% e 100% do total consumido. Usualmente, adota-se o coeficiente de retorno de
80%. (VON SPERLING, 1996)
Assim, o volume de esgoto a tratar será de 569,76 m³/dia.
(4.1)
4.2 CÁLCULO DAS VAZÕES MÁXIMA E MÍNIMA
Para que seja possível o dimensionamento do sistema de gradeamento, do
desarenador e do medidor de vazão, é necessário se conhecer as vazões máxima e
mínima de efluente que passará pelo sistema.
Segundo Von Sperling (1996), para se determinar a vazão mínima (Qmin),
pode-se adotar que a relação entre a vazão mínima e a vazão média é de 0,5. Assim, a
vazão mínima do efluente será de 284,88 m³/d (Qmin = 0,5 x 569,76).
Para o cálculo da vazão máxima, adotando-se a fórmula de Harmon (VON
Sperling, 1996), tem-se, sendo P a população:
(4.2)
63
Assim, para uma população de 4.748 habitantes, a relação entre Qmax e Qmed
será:
Aplicando-se a razão obtida, tem-se que a vazão máxima de esgoto gerado será
de 679,17 m³/d (Qmax = 1,192 x 569,76).
Na tabela 7 são informadas as vazões mínima, média e máxima nas unidades
m³/d e l/s.
TABELA 7 – VAZÕES MÍNIMA, MÉDIA E MÁXIMA
Vazão
Mínima
Média
Máxima
m³/d
284,88
569,76
679,17
l/s
3,30
6,59
7,86
4.3 DIMENSIONAMENTO DAS GRADES
Utilizadas para a remoção de sólidos grosseiros, a fim de evitar problemas às
unidades posteriores do sistema de tratamento e aos possíveis dispositivos de
transporte dos esgotos, as grades podem se grossas, médias ou finas, dependendo do
espaçamento entre as barras.
Conforme o manual Tratamento de Esgoto ST 614 da Universidade de
Campinas, elaborado pelo Prof. Dr. Ariovaldo José da Silva, grades de barras paralelas
de limpeza manual têm espessura mínima de 10 mm, e seu comprimento não pode
ultrapassar 3 metros. Para este trabalho será adotada a espessura de 10 mm e
espaçamento de 4 cm (grade grosseira). (CESET, 2011)
64
Com base no volume de efluente a tratar, considerando a vazão máxima de
efluente, e arbitrando-se uma velocidade de passagem do esgoto de 0,6 m/s, pode-se
calcular a área útil necessária ao sistema de gradeamento, conforme abaixo:
(4.3)
Onde: Q= vazão do efluente
V = velocidade
Au = Área útil
Assim:
Calculada a área útil, e definidos o espaçamento e a espessura das barras do
sistema, calcula-se a área da seção transversal do canal, por meio da fórmula abaixo,
obtida no manual Tratamento Preliminar de Esgotos – Gradeamento e Caixa de Areia
(USP, 2011):
(4.4)
Onde: S = área da seção transversal do canal
Au = área útil
65
A = espaçamento entre as barras
T = espessura das barras
Assim:
Tendo sido definida a altura de 10 cm para cada barra, resulta que a base da
seção deverá ser de, pelo menos, 16,4 cm. Assim, com o espaçamento definido de 4
cm, serão utilizadas três barras, na espessura de 1 cm (ou 10 mm), ficando a base da
seção igual a 19 cm.
4.4 DIMENSIONAMENTO DO MEDIDOR DE VAZÃO
Para manter uma velocidade de escoamento constante, uma vez que pode haver
variação de vazão do afluente ao sistema, será utilizado um medidor de vazão.
Usualmente esta unidade é constituída por uma calha de dimensões padronizadas,
como a calha Parshall, a qual será utilizada neste trabalho (VON SPERLING, 1996),
precedida de um rebaixo (Z), calculado conforme segue:
A escolha da largura nominal da calha Parshall é realizada de acordo com a
vazão do afluente, seguindo a tabela 8 (USP, 2011):
66
TABELA 8 – RELAÇÃO ENTRE A VAZÃO E A LARGURA NOMINAL DA
CALHA PARSHALL
Largura nominal
N
K
3"
6"
9"
1'
1 1/2'
2'
1,547
1,58
1,53
1,522
1,538
1,55
0,176
0,381
0,535
0,69
1,054
1,426
Capacidade (l/s)
Mín.
Máx.
0,85
53,8
1,52
110,4
2,55
251,9
3,11
455,6
4,25
696,2
11,89
936,7
Para a vazão máxima de 7,86 l/s calculada, a largura nominal da calha Parshall
a ser usada é a de 3”, que corresponde a 7,6 cm.
O calculo da altura (H) da calha Parshall é realizado através da fórmula abaixo:
(4.5)
Assim, o cálculo da altura máxima e mínima de efluente deverá ser efetuado
considerando:
Desta forma, H será, para as vazões mínima e máxima, a descrita na tabela 9.
TABELA 9 – VAZÃO E ALTURA DO EFLUENTE NA CALHA
PARSHALL
Mínima
Máxima
Vazão
(l/s)
3,3
7,86
H (m)
0,076
0,134
67
O rebaixo à entrada da calha é calculado a seguir, de acordo com fórmula do
manual Tratamento Preliminar de Esgotos (USP, 2011):
(4.6)
Assim:
Logo, Z = 0,034 m
4.5 DIMENSIONAMENTO DO DESARENADOR
De acordo com o manual Tratamento Preliminar de Esgotos – Gradeamento e
Caixa de Areia, da USP (2011), o dimensionamento do desarenador se faz com o
objetivo de remover areia através de sedimentação, sem que haja remoção conjunta de
sólidos orgânicos. As características da areia a ser removida são:
 Diâmetro efetivo: 0,2 a 0,4 mm
 Massa específica: 2.650 kg/m³
 Velocidade de sedimentação: 2 cm/s
A remoção da areia, segundo Von Sperling (1996), é realizada a fim de evitar
abrasão nos equipamentos e tubulações do sistema; eliminar ou reduzir a possibilidade
de obstrução em tubulações, tanques, orifícios, sifões, etc.; e facilitar o transporte
líquido.
68
A velocidade do efluente no canal deverá ser de 0,3 m/s, a fim de evitar
depósito de matéria orgânica na caixa, o que pode ocorrer caso a velocidade de
passagem do efluente seja muito baixa (até 0,15 m/s), ou o arraste de material
sedimentado, caso a velocidade seja superior a 0,4 m/s. (USP, 2011)
A área da seção transversal do desarenador é calculada considerando-se a vazão
máxima de efluente a tratar (m³/s) e a velocidade de escoamento (m/s). Assim:
A largura do desarenador é calculada, de acordo com o manual Tratamento
Preliminar de Esgotos – Gradeamento e Caixa de Areia (USP, 2011), através da
fórmula:
(4.7)
Assim, a largura B do desarenador será:
Tendo-se a largura (L) do desarenador pode-se, utilizando-se a taxa de
escoamento superficial de 600 m³/m².d, calcular o comprimento do desarenador. Vale
salientar que a taxa de escoamento superficial (q) recomendada é de 600 m³/m².d a
1.300 m³/m².d (USP, 2011).
(4.8)
69
4.6 DIMENSIONAMENTO DOS DECANTADORES
De acordo com Chernicharo et al (2001), os decantadores devem ser projetados
com uma taxa de escoamento superficial (q) entre 20 e 30 m³/m².d. Para o presente
trabalho será adotada a taxa de escoamento superficial de 24m³/m².d, tanto para o
decantador primário como para o secundário, assim, ambos deverão ter as mesmas
dimensões.
A área do decantador será, portanto, de 23,74 m², conforme calculado abaixo:
(4.9)
Será adotado um decantador circular, assim, o diâmetro desta unidade será de
= 5,5 m
O tempo de detenção hidráulica, ou seja, o período que o efluente leva para
passar pelo decantador, deve ser igual ou superior a uma hora, sendo que o TDH
normalmente utilizado é de 2 horas, sedimentando praticamente todos os sólidos
sedimentáveis. Elevados TDHs podem levar a anaerobiose, e à geração de gases e
maus odores. (ESAC, 2011)
Adotando-se o tempo de detenção de 2 horas, pode-se calcular o colume do
decantador:
(4.10)
70
Assim, para a altura do decantador deverá ser de 2 metros:
4.7 CÁLCULO DA EFICIÊNCIA DO SISTEMA
Para o presente trabalho, o parâmetro a ser considerado para a verificação da
eficiência do filtro biológico dimensionado quanto ao atendimento da Resolução
SEMA 021/09 será empregada a DBO. Considerando que, de acordo com Von
Sperling (1996), a concentração típica de DBO para esgotos domésticos brutos é de
350 mg/l, a fim de atender o estabelecido na citada Resolução, de lançamento de
esgotos no corpo receptor com uma DBO de até 90 mg/l, deverá ter uma eficiência (E)
mínima de 74,3%.
(4.11)
Vale ressaltar que a eficiência mínima necessária ora calculada considerou a
concentração de DBO típica para municípios do porte de Itaperuçu/PR, não levando
em conta a remoção da DBO realizada pelas unidades de nível preliminar e primário
que, segundo Von Sperling (1996), têm eficiência de 35% a 40%.
71
4.8 CÁLCULO DA CARGA ORGÂNICA VOLUMÉTRICA
Conforme Chernicharo et al (2001), a taxa de aplicação de carga orgânica
recomendada para o projeto de filtros biológicos de alta carga deve ser entre 0,5 e 1,0
kgDBO/m³.d. É possível, porém, utilizar o modelo desenvolvido pelo National
Research Council – NRC, para a determinação da carga orgânica a ser aplicada.
(4.12)
Onde: E: eficiência de remoção da DBO
Cv: carga orgânica volumétrica
F: fator de recirculação
Considerando-se que se sabe a eficiência necessária, e considerando-se um fator
de recirculação igual a 1, que se refere à recirculação de todo o efluente, tem-se que a
carga orgânica aplicada deverá ser de 0,61 kgDBO/m³.d.
= 0,61
72
4.9 DIMENSIONAMENTO DO FILTRO BIOLÓGICO
Sabendo qual a vazão média de esgoto a tratar (Q), a concentração da DBO do
esgoto (conc) e a carga orgânica volumétrica, pode-se calcular o volume de meio
suporte necessário, através da equação abaixo:
(4.13)
A profundidade do meio suporte, em metros, recomendada para filtros
biológicos de alta carga, tratando-se de leito de pedra, é de 2 a 3 metros. Será adotada,
no presente trabalho, a profundidade de 2 metros. Assim, a área a ser utilizada pelo
filtro biológico será de 163,46 m²,
O diâmetro do filtro, portanto, será de 14,43 metros.
=
m
73
4.10 PRODUÇÃO DE LODO
Segundo Chernicharo et al, a produção esperada de lodo no filtro biológico
pode ser estimada conforme segue:
(4.14)
A DBO removida é, portanto, 148,14 kgDBOremov/d. A quantidade de lodo
produzida, considerando uma produção de 0,8 kg kg SS/kg DBO removida
(CHERNICHARO ET AL, 2001), será de 118,5 kg.
O volume de lodo a ser produzido será de 11,62 m³/dia.
(4.15)
74
5
CONCLUSÃO
O dimensionamento realizado mostra que o sistema de filtro biológico é uma
alternativa que pode ser considerada para o tratamento de efluentes do município de
Itaperuçu, como complemento à ETE Buquerinho.
Embora não tenha sido considerada a remoção da DBO das unidades à jusante
do filtro, o que reduziria a eficiência necessária para a remoção da DBO no mesmo, e
por consequência o volume e a área necessária para a construção do filtro, não se
verificou a necessidade de grandes terrenos para a construção do filtro dimensionado.
Tendo em vista que o dimensionamento do sistema foi efetuado a fim de
cumprir o disposto na SEMA 021/99 quanto aos parâmetros de lançamento de
efluentes, e que a eficiência necessária para que o sistema alcance para tal finalidade é
inferior à eficiência média do sistema de filtros biológicos apresentada em literatura,
fica demonstrado que o sistema de filtros biológicos é adequado para o atendimento à
população do município.
Como inconveniente para o sistema constatou-se a alta geração diária de lodo.
Assim, fica como sugestão para futuros trabalhos a apresentação de alternativas para o
tratamento e a disposição final do lodo gerado pelo sistema.
75
6
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABES 2011- Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental. Site
Corporativo. Disponível em http://www.abes-pr.org.br/cenario.atual.saneamento.html.
Acessado em 15/03/2011.
AMBIENTE
BRASIL,
2011
–
Portal
de
notícias.
Disponível
em
http://ambientes.ambientebrasil.com.br/saneamento/definicoes/saneamento_ambiental.
html. Acessado em 08/03/2011.
AZEVEDO NETTO, J.M. – Planejamento de sistemas de abastecimento de água.
UFPR, Curitiba, 1973.
BORSOI, ZMF E TORRES, DAS (1997). A Política de recursos hídricos no Brasil.
Rio
de
janeiro.
Revista
do
BNDES.
Disponível
em
http://www.bndespar.gov.br/SiteBNDES/export/sites/default/bndes_pt/Galerias/Arqui
vos/conhecimento/revista/rev806.pdf. Acessado em 20/05/2011.
CAMPOS ET AL, 1999 – Tratamento de esgotos sanitários por processo anaeróbio e
disposição
controlada
no
solo
–
José
Roberto
Campos
(Coord,).Projeto
PROSAB/ABES. 1ª edição, Rio de janeiro, 1999.
76
CESET, 2011 – Tratamento de Esgoto ST 614. Manual. Disponível em
http://www.ceset.unicamp.br/~ajsilva/ST614/gradeamento.pdf,
Acessado
em
10/06/2011.
CHERNICHARO ET AL, 2001 – Pós tratamento de efluentes de reatores anaeróbios –
Carlos Augusto de Lemos Chernicharo. Projeto PROSAB. 1ª edição, Belo Horizonte,
2001.
COMEC, 2011 – Coordenação da Região Metropolitana de Curitiba. Site Corporativo.
Disponível
em
http://www.comec.pr.gov.br/modules/conteudo/conteudo.php?conteudo=58. Acessado
em 19/05/2011.
Constituição Federal, de 05 de outubro de 1988. República Federativa do Brasil, 1988.
CREA-PR – Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e Agronomia do Paraná.
Revista CREA/PE Edição N° 67 (fev/2011).
DATASUS – Banco de dados do Sistema Único de Saúde. Site Corporativo.
Disponível em http://www2.datasus.gov.br/DATASUS/index.php. Acessado em
16/05/2011.
77
ESAC, 2011 – Escola Superior Agropecuária de Coimbra. Site corporativo, Disponível
em www.esac.pt. Acessado em 10/06/2011.
FUNASA, 1991 – Manual de Saneamento. Fundação nacional de Saúde. Ministério da
Saúde, Brasília, 1991.
IBGE,
2011.
Site
Corporativo.
Disponível
em
http://www.ibge.gov.br/cidadesat/painel/painel.php?codmun=411125. Acessado em
12/03/2011.
IPARDES, 2011 – Instituto Paranaense de Desenvolvimento Econômico e Social. Site
Corporativo.
Disponível
em
http://www.ipardes.gov.br/cadernos/Montapdf.php?Municipio=83560&btOk=ok.
Acessado em 16/05/2011.
JORDÃO, E.P. e PESSOA, C.A. – Tratamento de esgotos domésticos. 1ª edição, São
Paulo, 1971.
KAWANO, M e HANDA, R., 2008 – Filtros Biológicos e Biodiscos. VI Semana de
Estudos da Engenharia Ambiental. 22 p. Unicentro, Irati/PR, 2008.
78
Lei nº 6.938, de 31 de agosto de 1981. Dispõe sobre a Política Nacional do Meio
Ambiente, seus fins e mecanismos de formulação e aplicação, e dá outras
providências. República Federativa do Brasil, 1981.
Lei nº 9.433, de 08 de janeiro de 1997. Institui a Política Nacional de Recursos
Hídricos, cria o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos,
regulamenta o inciso XIX do art. 21 da Constituição Federal, e altera o art. 1º da Lei nº
8.001, de 13 de março de 1990, que modificou a Lei nº 7.990, de 28 de dezembro de
1989. República Federativa do Brasil, 1997.
Lei n° 11.445, de 05 de janeiro de 2007. Estabelece diretrizes nacionais para o
saneamento básico. República Federativa do Brasil, 2007.
Lei nº 12.726, de 26 de novembro de 1999. Institui a Política Estadual de Recursos
Hídricos e adota outras providências. Assembléia Legislativa do estado do Paraná,
1999.
MAURI CASTRO, 2011 – Topografia e Agrimensura. Site Corporativo. Disponível
em http://www.cerroazul.tur.br/mauricastro/. Acessado em 16/05/2011.
METCALF & EDDY- Wastewater engineering: treatment and reuse.. Metcalf & Eddy,
Inc., George Tchobanoglous, Franklin Burton, H. David Stensel (1991)
79
MINISTÉRIO DAS CIDADES – Diagnóstico de serviços de água e esgoto mostra
evolução
dos
investimentos
no
Brasil.
Site
corporativo.
Disponível
em
HTTP://www.cidades.gov.br/noticias/diagnóstico-de-serviços-de-água-e-esgotomostra-evolução-dos-investimentos-no-brasil/. Acessado em 17/03/2011.
MINISTÉRIO DA SAÚDE – SALA DE SITUAÇÃO EM MINISTÉRIO DA SAÚDE.
DISPONÍVEL EM http://189.28.128.178/sage/.Acessado em 12/05/2011.
PREFEITURA MUNICIPAL DE ITAPERUÇU, 2011. Site. Corporativo. Disponível
em
http://www.itaperucu.pr.gov.br/portal1/municipio/localizacao.asp?iIdMun=100141162
. Acessado em 18/04/2011.
Portaria Surehma nº 013, de 15 de outubro de 1991. Enquadramento dos cursos d’água
da bacia do Rio Ribeira. Superintendência dos Recursos Hídricos e Meio Ambiente,
1991.
Portal da Saúde. Indicadores Municipais da Saúde. Site Corporativo. Disponível em
http://portal.saude.gov.br/portal/aplicacoes/tabfusion/tabfusion.cfm.
Acessado
em
16/05/2011.
Resolução nº 021, de 22 de abril de 2009. Dispõe sobre licenciamento ambiental,
estabelece condições e padrões ambientais e dá outras providências, para
80
empreendimentos de saneamento. Governo do Paraná. Secretaria Estadual do Meio
Ambiente e Recursos Hídricos, 2009.
Resolução nº 357, de 17 de março de 2005. Dispõe sobre a classificação dos corpos de
água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as
condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências. Conselho
Nacional do Meio Ambiente, 2005.
SANEPAR, 2011 – Companhia de Saneamento do Paraná. Site corporativo.
Disponível
em
http://www.sanepar.com.br/sanepar/calandrakbx/filesmng.nsf/559B6F47A80C0C4683
2577FC00435423/$File/Dialogo%20392%20Novembro%202010.pdf?OpenElement.
Acessado em 11/03/2011.
SCIELO,
2011.
Site
Corporativo.
Disponível
em
http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1413-41522005000400011&script=sci_arttext.
Acessado em 19/05/2011.
SESA, 2011 – Secretaria Estadual de Saúde do Estado do Paraná. Site Corporativo.
Disponível em http://www.saude.pr.gov.br/. Acessado em 18/04/2011
SNIS – SISTEMA NACIONAL DE INFORMAÇÕES SOBRE SANEAMENTO.
SITE
CORPORATIVO.
DISPONÍVEL
EM
81
http://www.snis.gov.br/PaginaCarrega.php?EWRErterterTERTer=85. Acessado em
14/05/2011.
TELLES, D.A., E COSTA, R.H. – Reuso da água. 1ª edição, São Paulo, 2007.
TRATA BRASIL, 2010 – Benefícios econômicos da expansão do saneamento
brasileiro.
Site
corporativo.
Disponível
HTTP://www.tratabrasil.org.br/novo_site/cms/files/trata_fgv.pdf.
em
Acessado
em
14/03/2011.
UNICAMP,
2011.
Filtros
Biológicos.
Disponível
em
http://webensino.unicamp.br/disciplinas/ST502293205/apoio/15/Filtros_biologicos.pdf
. Acessado em 19/05/2011.
USP,
2011
–
Manual
TRATAMENTO
PRELIMINAR
DE
ESGOTOS
GRADEAMENTO E CAIXA DE AREIA. Escola Politécnica da Universidade de São
Paulo. Disponível em 200.144.189.36/phd/LeArq.aspx?id_arq=489. Acessado em
10/06/2011.
VON SPERLING, M. – Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos –
Volume 1 – Princípios do tratamento biológico de águas residuárias. 2ª edição, Belo
Horizonte, 1996.
82